KR20160061854A - Wearable device including energy conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 웨어러블 장치에 관한 것으로, 외부의 물리적 자극을 에너지원으로 하여 전기 에너지를 생산하는 에너지 변환 장치를 포함하는 웨어러블 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
전자 기기의 발달 및 세계화로 인해 웨어러블 장치에 대한 개발이 증가하는 추세이다. 웨어러블 장치란 옷, 시계, 안경 또는 반지와 같이 자유롭게 몸에 착용하고 다닐 수 있는 컴퓨터 장치를 말한다. 웨어러블 장치는 소형화 및 경량화를 비롯해 음성 및 동작 인식 등 다양한 기술이 적용된다.The development of wearable devices is increasing due to the development of electronic devices and globalization. A wearable device is a computer device that can be worn around the body freely, such as clothes, watches, glasses or rings. Various technologies such as voice and motion recognition as well as miniaturization and weight reduction of wearable devices are applied.
웨어러블 장치는 위치 정보뿐만 아니라 행동 정보까지 활용 가능하기 때문에 체온 및 혈압과 같은 인체 정보를 수집할 수 있다. 이와 같은 정보를 활용하여, 의료, 건강 관리, 또는 엔터테인먼트 같은 개인 활동과 밀접한 산업 분야 간의 융합이 활발히 이루어질 수 있다.Since the wearable device can utilize not only position information but also behavior information, human body information such as body temperature and blood pressure can be collected. Using this information, the convergence between personal activities such as medical care, health care, or entertainment and close industrial fields can be actively pursued.
한편, 웨어러블 장치의 발전 속도나 집적도에 비해 에너지 저장 장치인 이차전지는 용량의 한계가 있다. 이를 해결하기 위해서, 이차전지의 한계를 해결하기 위해 다양한 방법들이 제시되고 있다. 예를 들어, 태양광, 화석 연료 또는 진동을 이용한 이차전지의 충전 방법들이 연구되고 있지만, 부피의 증가의 문제 및 일정한 에너지원 공급의 한계가 존재한다.On the other hand, the capacity of the secondary battery, which is an energy storage device, is limited as compared with the speed and the degree of integration of the wearable device. In order to solve this problem, various methods have been proposed to solve the limitations of the secondary battery. For example, charging methods of secondary batteries using solar light, fossil fuel, or vibration have been studied, but there is a problem of increasing the volume and a limitation of supplying a constant energy source.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해, 외부의 물리적 자극을 에너지원으로 사용하는 열전 소자 및 압전 소자를 포함하는 에너지 변환 장치를 이용한 웨어러블 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.In order to solve the above problems, it is an object of the present invention to provide a wearable device using an energy conversion device including a thermoelectric element and a piezoelectric element using an external physical stimulus as an energy source.
본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치는, 온도 차 또는 외부의 물리적 자극을 이용하여 제1 전압 또는 제2 전압을 생성하는 에너지 변환부, 상기 제1 전압 또는 상기 제2 전압 중 적어도 하나를 수신하는 에너지원 선택부 및 상기 에너지원 선택부에서 수신한 상기 제1 전압 또는 제2 전압을 조절하여 제3 전압으로 출력하는 전압 조절부를 포함하되, 상기 에너지 변환부는, 광 투과성 재료를 포함하는 보호층, 상기 보호층 상에 위치하고, 상기 온도 차에 의해 상기 제1 전압을 생성하는 열전 소자층, 상기 외부의 물리적 자극에 의해 상기 제2 전압을 생성하는 압전 소자층, 상기 열전 소자층 및 상기 압전 소자층 사이에 위치하고, 상기 열전 소자층과 상기 압전 소자층을 절연시키는 제1 절연층 및 상기 압전 소자층 상에 위치하고, 상기 압전 소자층을 외부와 절연시키기 위한 제2 절연층을 포함하고, 플렉서블한 재료로 구성된다.A wearable apparatus according to an embodiment of the present invention includes an energy conversion unit that generates a first voltage or a second voltage using a temperature difference or an external physical stimulus, and an energy conversion unit that receives at least one of the first voltage and the second voltage And a voltage regulator for regulating the first voltage or the second voltage received by the energy source selection unit and the energy source selection unit and outputting the third voltage as a third voltage, wherein the energy conversion unit includes a protection layer including a light- A thermoelectric element layer positioned on the protective layer and generating the first voltage by the temperature difference, a piezoelectric element layer generating the second voltage by the external physical stimulus, a thermoelectric element layer, A first insulation layer disposed between the thermoelectric element layer and the piezoelectric element layer, the first insulation layer being disposed between the thermoelectric element layer and the piezoelectric element layer, And a second insulating layer for insulating the first insulating layer and the second insulating layer.
이상과 같은 본 발명의 실시 예에 따르면, 별도의 충전을 필요로 하지 않고, 영구적으로 에너지를 공급할 수 있는 에너지 변환 장치를 사용함으로써, 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.According to the embodiment of the present invention as described above, energy efficiency can be improved by using an energy conversion device which can supply energy permanently without requiring additional charging.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 변환 장치를 보여주는 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열전 및 압전 소자부의 구성을 보여주는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치들을 보여주는 개념도이다.1 is a block diagram showing a wearable apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating an energy conversion apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view showing a configuration of a thermoelectric and piezoelectric element unit according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram showing wearable devices according to an embodiment of the present invention.
전술한 특성 및 이하 상세한 설명은 모두 본 발명의` 설명 및 이해를 돕기 위한 예시적인 사항이다. 즉, 본 발명은 이와 같은 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 다음 실시 형태들은 단지 본 발명을 완전히 개시하기 위한 예시이며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자들에게 본 발명을 전달하기 위한 설명이다. 따라서, 본 발명의 구성 요소들을 구현하기 위한 방법이 여럿 있는 경우에는, 이들 방법 중 특정한 것 또는 이와 동일성 있는 것 가운데 어떠한 것으로든 본 발명의 구현이 가능함을 분명히 할 필요가 있다.The foregoing and the following detailed description are exemplary and explanatory to the present invention. That is, the present invention is not limited to these embodiments, but may be embodied in other forms. The following embodiments are merely examples for the purpose of fully disclosing the present invention and are intended to convey the present invention to those skilled in the art. Thus, where there are several ways to implement the components of the present invention, it is necessary to make it clear that the implementation of the present invention is possible by any of these methods or any of the equivalents thereof.
본 명세서에서 어떤 구성이 특정 요소들을 포함한다는 언급이 있는 경우, 또는 어떤 과정이 특정 단계들을 포함한다는 언급이 있는 경우는, 그 외 다른 요소 또는 다른 단계들이 더 포함될 수 있음을 의미한다. 즉, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 특정 실시 형태를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 개념을 한정하기 위한 것이 아니다. 나아가, 발명의 이해를 돕기 위해 설명한 예시들은 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다.It is to be understood that, in the context of this specification, when reference is made to a configuration including certain elements, or when it is mentioned that a process includes certain steps, other elements or other steps may be included. In other words, the terms used herein are for the purpose of describing specific embodiments only, and are not intended to limit the concept of the present invention. Further, the illustrative examples set forth to facilitate understanding of the invention include its complementary embodiments.
본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자들이 일반적으로 이해하는 의미를 갖는다. 보편적으로 사용되는 용어들은 본 명세서의 맥락에 따라 일관적인 의미로 해석되어야 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은, 그 의미가 명확히 정의된 경우가 아니라면, 지나치게 이상적이거나 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다. 이하 첨부된 도면을 통하여 본 발명의 실시 예가 설명된다.The terms used in this specification are meant to be understood by those of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Commonly used terms should be construed in a manner consistent with the context of this specification. Also, terms used in the specification should not be construed as being excessively ideal or formal in nature unless the meaning is clearly defined. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치를 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 웨어러블 장치(100)는 무선(wireless) 통신을 수행하고, 데이터(영상, 사진, 문자 등)를 입력하거나 데이터를 디스플레이하기 위한 표시 및 처리부(110) 및 사용자의 손가락에 용이하게 착용하기 위한 링(120)을 포함한다.1 is a block diagram showing a wearable apparatus according to an embodiment of the present invention. 1, the wearable apparatus 100 includes a display and
표시 및 처리부(110)는 WWAN(wireless wide area network) 통신(예를 들어, RF 무선 통신, IEEE 802.20), WMAN(wireless metropolitan area network) 통신(예를 들어, IEEE 802.16, WiMAX), WLAN(wireless local area network) 통신(예를 들어, NFC, BLE, WiFi, Ad-Hoc 등), 및 WPAN(wireless personal area network) 통신 (예를 들어, IEEE 802.15, Zigbee, Bluetooth, UWB, RFID, Wireless USB, Z-Wave, Body Area Network) 중 적어도 하나의 무선 통신을 수행하도록 구현될 수 있다.The display and
도 1에 도시된 바와 같이, 표시 및 처리부(110)의 외향은 사각형 및 곡면 형태로 구현될 수 있다. 하지만, 이에 한정되지 않고, 표시 및 처리부(110)는 원형, 삼각형, 타원형 또는 평면 등 다양한 외향을 가질 수 있다. As shown in FIG. 1, the outward direction of the display and
본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치(100)의 표시 및 처리부(110)는 전원 전압을 공급하기 위한 에너지 변환 장치(미 도시)를 내장할 수 있다. 에너지 변환 장치(미 도시)는 무선 방식으로 전원 전압을 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 에너지 변환 장치(미 도시)는 외부의 물리적 자극을 에너지원으로 이용하여 전원 전압을 발생시킬 수 있다. 에너지 변환 장치(미 도시)는 열전 소자층을 이용하여 온도 차를 통해 전원 전압을 발생시킬 수 있다. 또한, 에너지 변환 장치(미 도시)는 압전 소자층을 이용하여 압력, 진동 또는 힘을 통해 전원 전압을 발생시킬 수 있다. 에너지 변환 장치(미 도시)는 곡면 형태의 표시 및 처리부(110)에 내장되기 위해, 플렉서블(flexible)한 소재로 구성될 수 있다. 한편, 에너지 변환 장치는 표시 및 처리부(110)가 아닌 링(120)에 내장되도록 구현될 수 있다. 이에 대한 자세한 구성은 도 2 및 도 3을 통해 설명된다. The display and
또한, 표시 및 처리부(110)는 카메라 센서, 음향 센서, 근접 센서, 조도 센서, GPS(global position system) 센서, 가속도 센서, 자계 센서 및 자이로스코프(gyroscope) 등 다양한 센서들을 내장할 수 있다. 표시 및 처리부(110)는 사용자의 움직임 또는 웨어러블 장치(100)의 움직임을 감지하기 위한 위치 센서를 포함할 수 있다. 위치 센서는 모션 데이터(motion data)를 출력하기 위하여 GPS 센서, 광 센서, 근접 센서, 자계 센서, 가속도 센서 및 자이로스코프 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.The display and
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 에너지 변환 장치를 보여주는 블록도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 에너지 변환 장치(200)는 열전 및 압전 소자부(210), 전파 정류부(220), 에너지원 선택부(230), 및 전압 조절부(240)를 포함할 수 있다. 2 is a block diagram illustrating an energy conversion apparatus according to an embodiment of the present invention. 1 and 2, the
열전 및 압전 소자부(210)는 열전 소자층(211) 및 압전 소자층(212)을 포함하는 다층 구조를 갖는다. 열전 소자층(211)은 온도 차를 에너지원으로 하여 제1 전압(V1)을 생성할 수 있다. 열전 소자층(211)에서 생성된 제1 전압(V1)은 에너지원 선택부(230)로 출력된다. The thermoelectric and
압전 소자층(212)은 접촉 또는 주위 환경에 기인하는 진동, 압력 및 힘 등을 에너지원으로 하여 제2 전압(V2)을 생성한다. 압전 소자층(212)에서 생성된 제2 전압(V2)은 전파 정류부(220)로 출력된다. 열전 소자층(211) 및 압전 소자층(212)을 포함하는 열전 및 압전 소자부(210)에 대해서는 도 3을 통해 자세히 설명된다. The
전파 정류부(220)는 압전 소자층(212)으로부터 제2 전압(V2)을 수신한다. 외부에서 가해지는 진동, 압력 및 힘 등이 일정하지 않으므로, 압전 소자층(212)에서 출력되는 제2 전압(V2)의 크기는 일정하지 않다. 따라서, 전파 정류부(220)는 통해 압전 소자층(212)에서 생성되는 제2 전압(V2)을 정류하여 출력한다.The full-
에너지원 선택부(230)는 열전 소자층(211)으로부터 제1 전압(V1)을 수신한다. 그리고, 에너지원 선택부(230)는 전파 정류부(220)로부터 정류된 제2 전압(V2)을 수신한다. 에너지원 선택부(230)는 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2) 중 에너지원으로 사용할 전압을 선택한다. 구체적으로, 에너지원 선택부(230)는 제1 전압(V1)과 제2 전압(V2)의 크기를 비교하여 더 큰 전압을 에너지원으로 선택한다. 에너지원 선택부(230)는 선택한 전압을 전압 조절부(240)로 출력한다.The energy
본 발명의 실시 예에 따른 에너지원 선택부(230)는 열전 소자층(211) 또는 압전 소자층(212)에서 생성된 전압 중 하나를 선택하여 사용한다. 하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 에너지 변환 장치(200)는 에너지원 선택부(230)를 구비하지 않고, 열전 소자층(211) 및 압전 소자층(212)에서 생성된 전압을 웨어러블 장치(100)의 에너지원으로 사용할 수 있다. The energy
전압 조절부(240)는 에너지원 선택부(230)로부터 제1 전압(V1) 또는 제2 전압(V2)을 수신한다. 에너지원 선택부(230)는 제1 전압(V1) 또는 제2 전압(V2)을 웨어러블 장치(100)에 적합한 전압인 제3 전압(V3)으로 변환하여 에너지 저장 장치(250)로 출력한다. The
웨어러블 장치(100)는 신체에 착용 가능하다. 따라서, 더 많은 온도 차이(신체와 외부 온도와의 차이)를 경험하고, 사용자의 움직임에 따른 더 많은 압력 변화를 경험한다. 따라서, 에너지 변환 장치(200)는 효율적이고 안정적으로 웨어러블 장치(100)의 전원을 공급할 수 있으므로, 효과가 증대된다.The wearable device 100 is wearable on the body. Therefore, we experience more temperature differences (difference between body and outside temperature) and experience more pressure changes as the user moves. Therefore, the
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 열전 및 압전 소자부의 구성을 보여주는 사시도이다. 열전 및 압전 소자부(300)는 순차적으로 적층된 보호층(310), 열전 소자층(320), 제1 절연층(330), 압전 소자층(340) 및 제2 절연층(350)을 포함한다. 도 3의 열전 소자층(320) 및 압전 소자층(340) 각각은 도 2의 열전 소자층(211) 및 압전 소자층(212)에 대응한다. 열전 및 압전 소자부(300)가 투명한 소재들인 경우, 웨어러블 장치(100)의 표시 및 처리부(110)에 삽입될 수 있다. 또한, 열전 및 압전 소자부(300)는 웨어러블 장치의 밴드(120)에 삽입될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 열전 및 압전 소자부(300)는 플렉서블(flexible)한 재료로 구성될 수 있다. 3 is a perspective view showing a configuration of a thermoelectric and piezoelectric element unit according to an embodiment of the present invention. The thermoelectric and
보호층(310)은 열전 및 압전 소자부(300)를 외부와 전기적으로 절연시키고, 오염 및 파손으로부터 보호한다. 보호층(310)은 투명한 폴리카보네이트(polycarbonate), PET(polythylene terephthalate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), 폴리노보넨(polynorbonene), PEN(polyethylenenapthelate), 쿼츠(quartz), 유리, 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 또는 인듐인(InP) 중 하나로 형성될 수 있다.The protective layer 310 electrically insulates the thermoelectric and
열전 소자층(320)은 온도차를 이용하여 전압을 생성하는 하나 이상의 열전 소자로 구성된다. 열전 소자층(320)이 복수의 열전 소자들로 구성되는 경우, 각각의 열전 소자들은 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. 각각의 열전 소자들은 실리콘(Si), 텔루르화 비스무트(Bi2Te3), 셀렌화 비스무트(Bi2Se3), 텔루르화 안티몬(Sb2Te3), Zn4Sb3, 텔루르화 납(PbTe), 텔루르화 주석(SbTe), Ca3Co4O9, (Zn, Al)O, (Ba, Sr)Pb, (ZnO)mIn2O3, SrTiO3, CaMnO3, (Li, Ni)O, NaxCo2O4, La(Mn, M)O3 또는 LaFe3CoSb12 중에서 선택된 p형 반도체 물질과 n형 반도체 물질로 형성되고, 선택된 p형 반도체 물질과 n형 반도체 물질은 전극(미도시)으로 연결된다. 전극(미 도시)은 은(silver), 금(gold), 플래티늄(platinum), 구리(copper), 알루미늄(aluminum), 로듐(rhodium), 이리듐(iridium), 루테늄(ruthenium), 팔라디움(palladium), In-Ga-Zn-O, SrRuO3, (La, Sr)CoO3 또는 Sr(Nb, Ti)O3 중 하나를 포함할 수 있다.The
제1 절연층(330)은 열전 소자층(320)과 압전 소자층(340)을 전기 및 열적으로 절연시킨다. 제1 절연층(330)은 투명한 폴리카보네이트(polycarbonate), PET(polyethylene terephthalate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), 폴리노보넨(polynorbonene), PEN(polyethylenenapthelate), 쿼츠(quartz), 유리, 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 또는 인듐인(InP) 중 하나로 형성될 수 있다.The
압전 소자층(340)은 진동, 압력, 힘, 또는 터치 등과 같은 외부의 물리적 자극에 의해 전압을 생성한다. 이를 위해 압전 소자층(340)은 하나 이상의 압전 소자들로 구성된다. 압전 소자층(340)이 복수의 압전 소자들로 구성되는 경우, 각각의 압전 소자는 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결될 수 있다. The
복수의 압전 소자들 각각은 쿼츠(Quartz), 로셀염(Rochelle Salt), (Na, Ca)(Mg, Fe)3B3Al6Si6(O,OH,F)31, GaPO4, Ca3Ga2Ge4O14, LiNbO3, LiTaO3, Li2B4O7, Li2SO4 H2O, Bi12GeO20, Bi12SiO20, SbSI, 질화 알루미늄(AlN), 산화아연(ZnO), PZT(Pb(zr, Ti)03), 텅스텐 브론즈(Tungsten bronze), 페로브스카이트 층상 구조(Perovskite layer structure), BST((Ba, Sr)Ti03), NkN((Na, K)Nb03), 비스무스 타이타네이트(Bismuth titanate), 탄소나노튜브(carbon nanotube; CNT), 폴리불화비닐라덴(poly vinyl idene fluoride; PVDF) 또는 폴리프로필렌-폴리에티렌(polypropylene-polyethylene; PE-PP) 중 하나의 물질로 구성되고, 물질의 좌우 또는 상하부에 전극(미 도시)이 형성된다. 전극(미 도시)은 은(silver), 금(gold), 플래티늄(platinum), 구리(copper), 알루미늄(aluminum), 로듐(rhodium), 이리듐(iridium), 루테늄(ruthenium), 팔라디움(palladium), In-Ga-Zn-O, SrRuO3, (La,Sr)CoO3 또는 Sr(Nb,Ti)O3 중 하나로 형성된다.Each of the plurality of piezoelectric elements may be a quartz, Rochelle salt, (Na, Ca) (Mg, Fe) 3B3Al6Si6 (O, OH, F) 31, GaPO4, Ca3Ga2Ge4O14, LiNbO3, LiTaO3, Li2B4O7, Li2SO4 (Pb (zr, Ti) O 3), tungsten bronze, perovskite layer structure, and the like. BST ((Ba, Sr) TiO3), NkN ((Na, K) Nb03), bismuth titanate, carbon nanotube (CNT), polyvinylidene fluoride ) Or polypropylene-polyethylene (PE-PP), and electrodes (not shown) are formed on the left and right or upper and lower portions of the material. The electrodes (not shown) may be formed of any material selected from the group consisting of silver, gold, platinum, copper, aluminum, rhodium, iridium, ruthenium, palladium, , In-Ga-Zn-O, SrRuO3, (La, Sr) CoO3 or Sr (Nb, Ti) O3.
제2 절연층(350)은 압전 소자층(340)을 하부 구조물과 전기적으로 절연시킨다. 이는, 열전 및 압전 소자부(300)가 웨어러블 장치의 내부에 삽입될 경우, 웨어러블 장치의 다른 내부 장치들과 전기적인 간섭을 최소화하기 위해서이다. 제2 절연층(350)은 제1 절연층과 마찬가지로, 투명한 폴리카보네이트(polycarbonate), PET(polythylene terephthalate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), 폴리노보넨(polynorbonene), PEN(polyethylenenapthelate), 쿼츠(quartz), 유리, 실리콘(Si), 갈륨비소(GaAs) 또는 인듐인(InP) 중 하나로 형성될 수 있다.The
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치들을 보여주는 개념도이다. 웨어러블(wearable)은“착용할 수 있는 이란 의미이다. 따라서, 웨어러블 장치는 신체에 착용하여 웰빙, 헬스케어, 의료 또는 교육 분야에 사용될 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 다양한 종류의 웨어러블 장치들(1000~5000)을 보여준다. 4 is a conceptual diagram showing wearable devices according to an embodiment of the present invention. Wearable means "wearable." Thus, a wearable device can be worn on the body and used in wellness, healthcare, medical or education fields. 4 shows various types of
웨어러블 장치들(1000~5000)은 스마트 안경, 스마트 신발, 웨어러블 시계, 옷 또는 이어폰 등일 수 있다. 웨어러블 장치들(1000~5000) 각각은 사용자(미 도시)와 정보를 교환할 수 있다. 웨어러블 장치들(1000~5000) 각각은 서로 정보를 교환할 수 있다. 사용자(미 도시) 및 웨어러블 장치들(1000~5000)은 WWAN(wireless wide area network) 통신(예를 들어, RF 무선 통신, IEEE 802.20), WMAN(wireless metropolitan area network) 통신(예를 들어, IEEE 802.16, WiMAX), WLAN(wireless local area network) 통신(예를 들어, NFC, BLE, WiFi, Ad-Hoc 등), 및 WPAN(wireless personal area network) 통신 (예를 들어, IEEE 802.15, Zigbee, Bluetooth, UWB, RFID, Wireless USB, Z-Wave, Body Area Network) 중 적어도 하나의 무선 통신을 통해 서로 정보를 교환할 수 있다.The
또한, 웨어러블 장치들(1000~5000)은 도 2및 도 3을 통해 설명된 에너지 변환 장치(200)를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따른 웨어러블 장치들(1000~5000)은 이차 전지 대신에, 열전 및 압전 소자부(210)를 포함한 에너지 변환 장치(200)를 통해 구동에 필요한 에너지를 공급할 수 있다. 구체적으로, 에너지 변환 장치(200)는 웨어러블 장치들(1000~5000)로 신체 정보 측정 또는 전력 공급에 필요한 에너지를 공급할 수 있다. In addition, the
각각의 개념도에 나타낸 구성은 단지 개념적인 관점에서 이해되어야 한다. 본 발명의 이해를 돕기 위해, 개념도에 나타낸 구성 요소 각각의 형태, 구조, 크기 등은 과장 또는 축소되어 표현되었다. 실제로 구현되는 구성은 각각의 개념도에 나타낸 것과 다른 물리적 형상을 가질 수 있다. 각각의 개념도는 구성 요소의 물리적 형상을 제한하기 위한 것이 아니다.The configurations shown in the respective conceptual diagrams should be understood from a conceptual viewpoint only. In order to facilitate understanding of the present invention, the shape, structure, size, etc. of each of the components shown in the conceptual diagram have been exaggerated or reduced. The configuration actually implemented may have a physical shape different from that shown in the respective conceptual diagrams. Each conceptual diagram is not intended to limit the physical form of the component.
각각의 블록도에 나타낸 장치 구성은 발명의 이해를 돕기 위한 것이다. 각각의 블록은 기능에 따라 더 작은 단위의 블록들로 형성될 수 있다. 또는, 복수의 블록들은 기능에 따라 더 큰 단위의 블록을 형성할 수 있다. 즉, 본 발명의 기술 사상은 블록도에 도시된 구성에 의해 한정되지 않는다.The device configurations shown in the respective block diagrams are intended to facilitate understanding of the invention. Each block may be formed of blocks of smaller units depending on the function. Alternatively, the plurality of blocks may form a block of a larger unit depending on the function. That is, the technical idea of the present invention is not limited to the configuration shown in the block diagram.
이상에서 본 발명에 대한 실시 예를 중심으로 본 발명이 설명되었다. 다만, 본 발명이 속하는 기술 분야의 특성상, 본 발명이 이루고자 하는 목적은 본 발명의 요지를 포함하면서도 위 실시 예들과 다른 형태로 달성될 수 있다. 따라서, 위 실시 예들은 한정적인 것이 아니라 설명적인 측면에서 이해되어야 한다. 즉, 본 발명의 요지를 포함하면서 본 발명과 같은 목적을 달성할 수 있는 기술 사상은 본 발명의 기술 사상에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.The present invention has been described above with reference to the embodiments of the present invention. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. Accordingly, the above embodiments should be understood in an illustrative rather than a restrictive sense. That is, the technical idea that can achieve the same object as the present invention, including the gist of the present invention, should be interpreted as being included in the technical idea of the present invention.
따라서, 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 또는 변형된 기술 사상은 본 발명이 청구하는 보호 범위에 포함되는 것이다. 또한, 본 발명의 보호 범위는 위 실시 예들로 한정되는 것이 아니다. Therefore, it is intended that the present invention cover modifications and variations of this invention provided they come within the scope of the appended claims and their equivalents. The scope of protection of the present invention is not limited to the above embodiments.
100: 웨어러블 반지
200: 에너지 변환 장치
300: 열전 및 압전 소자부
1000~5000: 웨어러블 장치들100: Wear ring
200: energy conversion device
300: thermoelectric and piezoelectric element part
1000 ~ 5000: Wearable devices
Claims (1)
온도 차 또는 외부의 물리적 자극을 이용하여 제1 전압 또는 제2 전압을 생성하는 에너지 변환부;
상기 제1 전압 또는 상기 제2 전압 중 적어도 하나를 수신하는 에너지원 선택부; 및
상기 에너지원 선택부에서 수신한 상기 제1 전압 또는 상기 제2 전압을 조절하여 제3 전압으로 출력하는 전압 조절부를 포함하되,
상기 에너지 변환부는,
광 투과성 재료를 포함하는 보호층;
상기 보호층 하부에 위치하고, 상기 온도 차를 이용하여 상기 제1 전압을 생성하는 열전 소자층;
상기 열전 소자층 하부에 위치하고, 상기 열전 소자층을 절연시키는 제1 절연층;
상기 제1 절연층 하부에 위치하고, 상기 외부의 물리적 자극을 이용하여 상기 제2 전압을 생성하는 압전 소자층; 및
상기 압전 소자층 하부에 위치하고, 상기 압전 소자층을 외부와 절연시키는 제2 절연층을 포함하고, 플렉서블한 재료로 구성된 웨어러블 장치.In a wearable device,
An energy converter for generating a first voltage or a second voltage using a temperature difference or an external physical stimulus;
An energy source selecting unit for receiving at least one of the first voltage and the second voltage; And
And a voltage regulator for regulating the first voltage or the second voltage received by the energy source selector to output the third voltage,
Wherein the energy conversion unit comprises:
A protective layer comprising a light-transmitting material;
A thermoelectric element layer located below the protection layer and generating the first voltage using the temperature difference;
A first insulation layer located below the thermoelectric element layer and insulating the thermoelectric element layer;
A piezoelectric element layer located below the first insulating layer and generating the second voltage using the external physical stimulus; And
And a second insulating layer which is located below the piezoelectric element layer and which insulates the piezoelectric element layer from the outside, the wearable device comprising a flexible material.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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| Country | Link |
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| KR (1) | KR20160061854A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180049768A (en) * | 2016-11-01 | 2018-05-11 | 한국전자통신연구원 | Energy harvesting device |
| KR20200047179A (en) * | 2018-10-26 | 2020-05-07 | 제주대학교 산학협력단 | Piezoelectric Nano Generator, Optical Sensor Comprising of the same, and Preparation method of Piezoelectric Nano Generator |
| KR20200093778A (en) * | 2019-01-29 | 2020-08-06 | 중앙대학교 산학협력단 | Cold sensation actuator using electrocaloric effect and cold sensation actuating method using electrocaloric effect |
| KR102244567B1 (en) | 2020-10-08 | 2021-04-26 | (주)링크타운코리아 | Smart clothes and wearable device using energy harvesting |
-
2015
- 2015-04-23 KR KR1020150057482A patent/KR20160061854A/en not_active Application Discontinuation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20180049768A (en) * | 2016-11-01 | 2018-05-11 | 한국전자통신연구원 | Energy harvesting device |
| KR20200047179A (en) * | 2018-10-26 | 2020-05-07 | 제주대학교 산학협력단 | Piezoelectric Nano Generator, Optical Sensor Comprising of the same, and Preparation method of Piezoelectric Nano Generator |
| KR20200093778A (en) * | 2019-01-29 | 2020-08-06 | 중앙대학교 산학협력단 | Cold sensation actuator using electrocaloric effect and cold sensation actuating method using electrocaloric effect |
| KR102244567B1 (en) | 2020-10-08 | 2021-04-26 | (주)링크타운코리아 | Smart clothes and wearable device using energy harvesting |
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